隔声与减振抑噪多功能一体化超材料板壳结构及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种隔声与减振抑噪多功能一体化超材料板壳结构及制备方法，所述隔声与减振抑噪多功能一体化超材料板壳结构包括一体化超材料板壳模块和基体加筋板壳，一体化超材料板壳模块包括第一弯曲振动部、耦连部、第二弯曲振动部和声学解耦部；声学解耦部位于第一弯曲振动部和第二弯曲振动部之间，所述第一弯曲振动部的边缘和第二弯曲振动部的边缘连接在所述耦连部上；所述第一弯曲振动部包括第一基体板壳和若干排布在第一基体板壳上的第一谐振单元，所述第二弯曲振动部包括第二基体板壳和若干个排布在第二基体板壳上的第二谐振单元。该结构实现了低频隔声、低频减振功能一体化设计，同时减少了从设计到应用的开发时间，并节约空间。并节约空间。并节约空间。

【技术实现步骤摘要】
隔声与减振抑噪多功能一体化超材料板壳结构及制备方法


[0001]本专利技术属于振动与噪声控制新材料、新结构领域，尤其涉及隔声与减振抑噪多功能一体化超材料板壳结构及制备方法。

技术介绍

[0002]随着现代大型运载工具(如太空船、飞机、轨道列车、船舶、汽车等)向大功率、高速、轻量化等方向发展，由此带来的振动与噪声问题日益突出；与此同时随着技术的发展和市场竞争加剧，人们对运载工具低噪音的客舱环境越来越重视，不断追求安静的舱内声学环境；现代大型运载工具日益突出的振动与噪声问题和人们对安静的舱内声学环境的需求形成强烈反差，舱室降噪问题迫在眉睫。然而，由于飞机、船舶、列车等受到空间、质量的双重限制，如何在使舱室壁板在满足承载、强度、隔热性能条件下，以尽量小的重量和空间代价，大幅提升其隔声、吸声与减振性能是舱室降噪设计面临的难题。
[0003]高频噪声由于波长短、传递能力弱，可以用普通的轻薄吸隔声材料获得较好的降噪效果，但对于100
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1000Hz的中低频噪声而言，普通材料通常大幅增加材料重量、或厚度，才能达到有效的降噪效果。迫切需要发展新的材料、方法、技术来解决舱室中低频降噪问题。
[0004]近年来，声物理学和凝聚态物理学领域提出和发展的超材料技术为解决舱室中低频降噪问题提供了新思路。超材料/结构是指由特殊设计的人工振子单元(如局域共振单元，简称振子)按一定方式附加于基体结构而构成的新型复合结构(如附加于基体板壳结构上构成超材料板壳结构)，声学超材料/结构所具有的超常物理特性(如负等效质量密度、负等效模量等)，可以实现对低频弹性波和声波的超常操控，使得其在低频减振降噪领域有广阔应用价值。
[0005]传统超材料板壳结构设计存在一些技术不足：一、目标功能过于单一孤立，要么减振、要么隔声降噪、或者声辐射抑制降噪，未能将减振降噪功能协调考虑，造成设计时间的浪费和空间的浪费；并且它们主要采用单一作用机理的结构或材料来实现，比如单一带隙板壳实现减振，单一的薄膜超材料隔声(存在单个或多个隔声谷)；实际工程结构的噪声包括两方面：包括声波激励整体表面引起的结构表面透射噪声，也包括局部机械振动激励引起的辐射噪声，因此需要同时实现的隔声与减振降噪；传统隔声超材料结构没有充分考虑自身弯曲波的抑制需要，而将隔声超材料结构实际应用时，必然会引入安装连接部件，安装部位不可避免的会横向传递振动，而隔声超材料结构在连接部位横向振动激励下，会产生弯曲波，弯曲波和空气声波匹配良好，因而不可避免的会激发出空气声波，从而造成进一步的噪声辐射，恶化其隔声效果。二、振子单元孤立，传统超材料板壳结构设计的人工振子单元一般是孤立的(如弹簧质量振子、硬软材料块振子等)，需要分别将振子单元一一与基体结构外表面相连接，这样的设计有诸多优点，但也存在一些不足，例如：众多振子单元与基体结构连接，容易改变基体结构本身的声振特性，甚至会导致在更低频处出现新的声振问题；每个振子单元需要分别加工、分别连接，工艺相对复杂，成本高，且费时费力；孤立加工
的振子单元误差大，一致性较差；此外，当不采取有效的防护措施时，安装在外表面的振子单元受外界环境影响大，当外物接触到微结构单元时，甚至会导致微结构单元脱落失效。这些缺陷和不足无疑限制了传统超材料结构在舱室降噪方面的应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了解决上述
技术介绍
中存在的问题，提供一种隔声与减振抑噪多功能一体化超材料板壳结构，该超材料板壳结构在保证舱室基体壁板承载刚度、强度性能的条件下，实现低频隔声与减振抑噪多功能一体化设计，兼具低频隔声、低频减振优良性能，同时减少从设计到应用的开发时间，并节约空间；此外制造及安装简便、成本低廉、可靠性高，克服了传统超材料结构设计方案用于舱室降噪时所面临的功能孤立单一化、开发时间漫长、占用额外空间、加工及安装复杂、成本高昂、可靠性差等诸多缺点。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]本专利技术提供了一种一体化超材料板壳模块，所述一体化超材料板壳模块包括第一弯曲振动部、耦连部、第二弯曲振动部和声学解耦部，所述声学解耦部位于第一弯曲振动部和第二弯曲振动部之间，其中：
[0009]所述第一弯曲振动部和第二弯曲振动部均为弯曲波带隙板壳，所述第一弯曲振动部包括第一基体板壳和若干个排布在第一基体板壳上的第一谐振单元，所述第二弯曲振动部包括第二基体板壳和若干个排布在第二基体板壳上的第二谐振单元；所述第一谐振单元不与第二弯曲振动部相接触，所述第二谐振单元不与第一弯曲振动部相接触；
[0010]所述第一弯曲振动部的边缘和第二弯曲振动部的边缘按预定方式整体或局部连接在所述耦连部上；所述第一弯曲振动部的第一基体板壳和第二弯曲振动部的第二基体板壳之间的法向距离大于等于1cm；
[0011]所述声学解耦部包括孔隙率大于70％的高孔隙声学介质。
[0012]进一步地，所述一体化超材料板壳模块还包括减隔振部，所述减隔振部位于所述耦连部与第一弯曲振动部之间，或者位于所述耦连部与第二弯曲振动部之间，用以减弱连接部位的结构振动耦合及传递能力。
[0013]进一步地，所述第一弯曲振动部中的第一谐振单元个数为M1，所述第二弯曲振动部中的第二谐振单元的个数为M2，M1和M2均为正整数，M1和M2均大于等于9；
[0014]所述第一谐振单元和第二谐振单元均至少包括N1个弹性体组件和N2个刚性体组件，N1和N2均为正整数；所述弹性体组件的刚度小于所述刚性体组件的刚度。
[0015]进一步地，所述第一谐振单元和第二谐振单元均还可包括可容纳所述弹性体组件和刚性体组件的防护罩组件，所述防护罩组件与所述第一谐振单元对应的第一基体板壳或第二谐振单元相对应的第二基体板壳紧固相连。
[0016]所述弹性体组件为软质圆柱块、薄梁片或薄板片，或者为弹簧元件。
[0017]进一步地，所述耦连部是独立的连接部件，或者是与第一弯曲振动部和/或第二弯曲振动部中的基体板壳一体化成型的结构部件；
[0018]当所述耦连部是独立的连接部件时，所述耦连部为方形、矩形、Z形、U形或H形横截面的薄壁梁，或者为带有支座的杆状部件，或者是多个薄壁梁的组合框架结构；
[0019]所述声学解耦部中还包括若干个孔穴，所述孔穴内部用于容纳所述第一谐振单元
和所述第二谐振单元。
[0020]本专利技术还提供了一种隔声与减振抑噪多功能一体化超材料板壳结构，包括本体加筋板壳结构和前面所述的一体化超材料板壳模块，所述一体化超材料板壳模块通过所述耦连部安装于所述本体加筋板壳结构上。
[0021]进一步地，所述本体加筋板壳结构包括本体板壳和筋梁，所述本体板壳和筋梁相连接，所述一体化超材料板壳模块通过所述耦连部安装于所述本体板壳和/或所述筋梁上；
[0022]所述本体加筋板壳结构上安装至少一个所述一体化超材料板壳模块；
[0023]所述筋梁包括横向筋梁和/或纵向筋梁。
[0024]进一步地，所述第一基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体化超材料板壳模块，其特征在于：所述一体化超材料板壳模块包括第一弯曲振动部、耦连部、第二弯曲振动部和声学解耦部，所述声学解耦部位于第一弯曲振动部和第二弯曲振动部之间，其中：所述第一弯曲振动部和第二弯曲振动部均为弯曲波带隙板壳，所述第一弯曲振动部包括第一基体板壳和若干个排布在第一基体板壳上的第一谐振单元，所述第二弯曲振动部包括第二基体板壳和若干个排布在第二基体板壳上的第二谐振单元；所述第一谐振单元不与第二弯曲振动部相接触，所述第二谐振单元不与第一弯曲振动部相接触；所述第一弯曲振动部的边缘和第二弯曲振动部的边缘整体或局部连接在所述耦连部上；所述第一弯曲振动部的第一基体板壳和第二弯曲振动部的第二基体板壳之间的法向距离大于等于1cm；所述声学解耦部包括孔隙率大于70％的高孔隙声学介质。2.根据权利要求1所述一体化超材料板壳模块，其特征在于：所述一体化超材料板壳模块还包括减隔振部，所述减隔振部位于所述耦连部与第一弯曲振动部之间，或者位于所述耦连部与第二弯曲振动部之间，用以减弱连接部位的结构振动耦合及传递能力。3.根据权利要求1所述一体化超材料板壳模块，其特征在于：所述第一弯曲振动部中的第一谐振单元个数为M1，所述第二弯曲振动部中的第二谐振单元的个数为M2，M1和M2均为正整数，M1和M2均大于等于9；所述第一谐振单元和第二谐振单元均至少包括N1个弹性体组件和N2个刚性体组件，N1和N2均为正整数；所述弹性体组件的刚度小于所述刚性体组件的刚度。4.根据权利要求3所述一体化超材料板壳模块，其特征在于：所述第一谐振单元和第二谐振单元均还可包括可容纳所述弹性体组件和刚性体组件的防护罩组件，所述防护罩组件与所述第一谐振单元对应的第一基体板壳或第二谐振单元相对应的第二基体板壳紧固相连；所述弹性体组件为软质圆柱块、薄梁片或薄板片，或者为弹簧元件。5.根据权利要求1所述一体化超材料板壳模块，其特征在于：所述耦连部是独立的连接部件，或者是与第一弯曲振动部和/或第二弯曲振动部中的基体板壳一体化成型的结构部件；当所述耦连部是独立的连接部件时，所述耦连部为方形、矩形、Z形、U形或H形横截面的薄壁梁，或者为带有支座的杆状部件，或者是多个薄壁梁的组合框架结构；所述声学解耦部中还包括若干个孔穴，所述孔穴内部用于容纳所述第一谐振单元和所述第二谐振单元。6.一种隔声与减振抑噪多功能一体化超材料板壳结构，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖勇，王帅星，温激鸿，胡洋华，郭佳佳，郁殿龙，李永强，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：